1、计算机网络发展史
应用层：把人类语言转换成计算机编码
表示层：把编码转换成二进制（0,1）
介入访问控制层：把二进制转换成电信号
物理层：传输电信号
2、计算机网络规模
（1）延长网络信号传输的距离（我们就有同轴电缆、双绞线、光纤）
同轴电缆：
优点：抗弯折性强
缺点：成本高、传输速度慢
双绞线：
结构：8根铜丝，两两相绞
线序：
T568A：白绿、绿白橙、蓝白蓝、橙白棕、棕
T568B：白橙、橙白绿、蓝白蓝、绿白棕、棕
水晶头型号：RJ45、RJ11
线型：非屏蔽双绞线：
屏蔽双绞线：
优点：成本低、传输速度高了
缺点：传输距离最大100M
光纤：
单模光纤：纤芯较细，可传递单一光源，传输距离在5km,波长：1310nm，黄色
多模光纤：纤芯较粗，可传递多种光源,传输距离在2km,波长：850nm，橙色、水绿色
传输速率：以Mbps为单位（与Mb/s等价）
b/s Kb/s Mb/s（百兆）Gb/s（千兆） Tb/s（万兆）都以1000为进率
流量计量单位：
B KB MB GB 都以1024为进率 （B=Bety比特）
1B=8b（即8个二进制位）
传输损耗一般为(以千兆网为列)公式1000Mb/s*0.125*0.85
（ 2）增加接入网数量
网络拓扑结构
节点：指网络中所有的网络设备
总线型网络：
结构：所有计算机和设备都连接在单个传输介质（例如电缆）上，彼此之间通过拆分重组数据包来进行通信。其中，一条主干电缆作为通信介质，分布在各个节点之间，并且具有公共的地址空间。
总线型网络结构的优点：部署和维护成本低，结构简单；分布式控制，不存在集中式管理的风险；传输效率高，数据传输速度快。它可以支持多台计算机同时访问和传递数据，因此适合于小型办公室、个人家庭和局域网等规模较小的网络。
总线型网络结构的缺点：主干线路容易出现瓶颈、带宽争夺和数据冲突问题；节点数量增加会导致整个网络性能下降；总线长度受到限制，无法垂直扩展；由于缺乏安全机制和权限控制，容易受到威胁和攻击。
星型网络：
结构：一个中心节点连接着所有其他节点。每个外围节点都与中心节点相连，但彼此之间不连接。在这种拓扑结构下，中心节点充当“交通枢纽”，信息流向其他终端设备都必须经过它。
星型网络结构的优点：传输效率高，数据传输速度快；易于管理和维护，中心节点对整个网络进行控制和监测；故障排除方便，容易确立问题源头；可以支持大规模网络互联，并且具有足够的安全性和可靠性。
星型网络结构的缺点：如果中心节点出现故障，整个网络将受到影响或无法使用；基础设备的要求较高，成本较高；扩展能力有限，其性能和规模最终由中心节点决定；数据传输前期需要集中处理，目标终端设备越多则延迟越高。
环型网络：
结构：它的每个节点都与本身相邻及相邻的两个节点相连，形成一个封闭的回路。在这个回路中，数据按照一个方向传输，直到返回发送方为止。
环型网络结构的优点：性价比高，建设成本低；具有自我纠错功能，即使出现故障也可以继续工作；可扩展性强，适用于小规模和大规模网络；数据传输速度快，延迟较低。
环型网络结构的缺点：由于数据沿着同一路径循环传输，因此网络容易出现拥塞和带宽饱和问题；节点数量增加时，整个网络的性能和稳定性会受到影响，存在链路故障问题；没有主节点，所以缺乏对网络的有效控制和管理；安全性不够高，不能提供良好的保护机制。
树型网络：
结构：由一个根节点（也称为上级节点）和多个叶子节点（也称为下级节点）组成。根节点连接着所有的下级节点，而每个下级节点最多只能连接到一个上级节点。
树型网路结构的优点：具有良好的分层结构，可以实现有效的信息流转；传输数据时不容易出现冲突和拥塞，可以保证数据传输速度的稳定性和可靠性；支持大规模网络互联；能够提供更高的安全性，控制管理简单方便；故障范围比较小，易于检测和解决问题。
树型网络结构的缺点：如果根节点故障，则所有下级节点都无法连接到网络；不利于扩展，当节点数量增多时，根节点会成为瓶颈，影响整个网络的性能；不适用于对等通信，每个下级节点都只能连接到上级节点。
网状型网络：
结构：由多个节点相互连接构成，在网状型网络中，每个节点都可以直接与其他节点通信，形成一个非常灵活和鲁棒的网络结构。
网状型网络结构的优点：具有很高的容错能力，在部分网络故障或链路断开时仍能保持部分功能；支持大规模网络互联；数据传输速度快，带宽利用率高；支持对等式通信，节点之间没有层级关系，更加自由和灵活；网络可扩展性强，随着网络增长可以方便地加入新节点。
网状型网络的缺点：建设成本较高，因为它需要更多的链路以及更复杂的配置和路由设置；管理和维护困难，需要付出更多的人力成本；不支持层级通信，可能会导致消息洪泛问题，降低网络效率。
消息洪泛（Flooding）：是一种在计算机网络中广泛使用的分布式通信方法，指当一个节点收到一条信息后，会向周围所有其他节点发送该信息。这些节点又将这条信息发给它们周围的所有节点，直到所有节点都接收到该信息为止。缺点是当网络规模过大时，节点需要花费大量时间和带宽来处理和传递重复的信息；容易导致占用过多的网络资源，从而影响网络性能；无法保证消息的可靠传输，且由于没有策略限制，可能会产生无用的重复消息或电子邮件炸弹等问题。
所以，在实际应用中，应根据实际需求和情况进行选择和权衡。
二、网络设备简介
1、集线器
特点：内部为总线型结构，它可以将多个网络设备连接在一起，如计算机、打印机和路由器等，通过物理层（将以电信号）的方式实现数据传输，并支持广播数据包的转发。
优点：
（1）简单方便：集线器不需要IP地址设置和管理，只需要简单插上电源和网线即可。
（2）低成本：与交换机和路由器相比，集线器的价格更低，因为它不能够智能地识别哪些端口上的设备需要收到转发的数据包。
（3）对通讯线路的利用利率高。
缺点：
1.带宽共享：所有设备都必须共享同一带宽，当网络负载较大时，数据传输速度将会降低。
2.无效转发：集线器向所有端口广播每个包，而不考虑数据流向。这样可能会产生很多无效的转发，浪费带宽和网络资源。
3.冲突：在同时进行数据传输时可能会发生碰撞，导致数据包损坏甚至丢失。当碰撞发生时，集线器会执行指数退避算法，在指定的时间后重新发送，但是这会使网络延迟增加。
4.管理难度：集线器不支持虚拟局域网（VLAN）、端口镜像、链路聚合等高级功能，这会使得网络管理和故障诊断变得更加困难。
存在问题：
（1）洪泛传输的问题：其中最常见的问题是“洪泛风暴”（Broadcast Storm），当网络中多个设备同时进行洪泛传输时，就会产生大量重复和无效的数据包，导致网络负载过高，甚至会导致网络瘫痪。除此之外，洪泛传输还可能使得未经授权的设备获取敏感信息或攻击网络安全。
地址问题：MAC地址（物理地址），48位二进制（12位16进制组成）。全球唯一的地址，前24位代表厂商，后24位由产商编写。
冲突问题：CSMA/CD是一种多点接入协议，它用于以太网这样的共享介质网络。CSMA代表载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access），CD则代表冲突检测（Collision Detection）。
在使用CSMA/CD的以太网中，每个设备都可以根据信道状态进行数据传输。如果有一个设备要发送数据，它会先监听信道，以确保没有其他设备正在发送消息。如果信道空闲，则该设备立即开始发送。但如果同时有多个设备尝试发送数据，就可能发生冲突。当这种情况发生时，设备检测到冲突并停止发送数据，并在随后的时间再次尝试发送数据，直到成功为止。
补充：（冲突域）是指一组共享相同通信介质的设备，这些设备共享同一物理地址范围并且可以同时访问该介质。如果两个或更多设备同时访问网络介质（如同一条网线），就会产生数据包冲突，进而导致数据传输失败、降低网络吞吐量和增加网络延迟等问题，这时候就形成了一个冲突域。
2、网桥：网桥的每一个接口都是一个独立的冲突域
3、交换机：多接口的网桥，拥有自学习的功能
MAC地址表
接口 MAC地址
GE0/0/1 MAC1
GE0/0/2 MAC2
MAC地址表的学习过程将对应的接口与对应的MAC地址建立关系。
MAC表学习过程
MAC地址表的特征：
MAC地址表的老化时间是300s（300s后便刷新未使用的对应关系）
一个MAC地址只能绑定一个接口，一个接口下可以有多个MAC地址
MAC地址的洪泛攻击（广播风暴），导致交换机内存不足，影响交换机的性能（主机数量控制在200---300之间）
交换机处理数据的方法：
洪泛（广播）：目的MAC地址在交换机地MAC地址表不存在的时候，交换机会进行洪泛操作。
单播：目的MAC地址在交换机的MAC地址表存在的时候，交换机会进行单播转发操作。
丢弃：当目的MAC地址和自身的MAC地址不一致时，交换机会执行丢弃帧的操作。
数据传输的模式：
单播：一对一的通讯
广播：一对所有的通讯
组播：一对特定的群体
4、路由器
网关设备。路由器的每个接口都是一个独立的广播域。提供路由，转发数据。
广播域：广播形成的范围
IP地址：逻辑地址，用来识别不同的广播域
IPV4：32位二进制构成，可用点分十进制表示，方便人记忆观看
IPV4地址............:172.220.30.134
子网掩码............:255.255.0.0
IPV4:
网络位+主机位
二进制转换表
1000 0000=128
0100 0000=64
0010 0000=32
0001 0000=16
0000 1000=8
0000 0100=4
0000 0010=2
0000 0001=1
计算点分十进制时用凑的方法将其写出
IPV6：128位二进制构成，fe80：0000：ffff：ffff：ffff：ffff：ffff：ffff：ffff，用冒分十六进制表示
ARP---地址解析协议
作用：根据已知的IP地址解析出相应的MAC地址
工作原理：
目标IP：192.168.1.2/24 源IP：192.168.1.1/24 源AMC：MAC1+数据
组网完成时，ARP表是空的；
主机1广播发送 ARP REQUEST 报文给主机2，广播寻找主机2的MAC地址；
网络所有的主机会收到此报文，会将自身的IP地址与数据中的目标IP地址做对比，如两者一致则接收， 反之丢弃；
主机2单播ARP reply回复 主机1,将主机2的MAC地址回复给主机1；
总结： 广播请求，单播回复
ARP特点：老化时间是180秒
ARP分类：
正向ARP：根据已知的IP地址解析出相应的MAC地址
反向ARP：根据已知的MAC地址解析出相应的IP地址
免费ARP：自我介绍；检测IP地址冲突
发送端：目标IP：10.2.0.1/16 源IP：10.1.0.1/16 目标MAC：C 源MAC：A+数据
接收端：目标IP：10.2.0.1/16 源IP：10.1.0.1/16 目标MAC：B 源MAC：D+数据
三、IP地址详讲
（1）IP地址的分类
A类：0-126: 0.1.1.1 255.0.0.0 0.X.X.X/8-----126.X.X.X/8-----主机数量：2^24
B类：128-191： 255.255.0.0 128.x.x.x/16---191.X.X.X/16 -----主机数量：2^16
C类：192- 223： 255.255.255.0 192.x.x.x/24---223.X.X.X/24-----主机数量：2^8=256
D类：224-239 组播地址
E类：240-255 保留地址
（2）特殊IP地址
127.0.0.1/8----127.255.255.254/8： 环回地址，测试TCP/IP组件是否完好
255.255.255.255： 广播地址------受限广播--受路由器限制---作为目标IP地址
主机位全为0： 172.168.0.0/16 -----172.168.0.1/16---172.168.255.254/16 172.16.0.10/16 -----
网络地址
主机位全为1： 172.168.255.255/16-----广播地址-----作为目标IP地址
0.0.0.0 ： 任意IP地址，没有IP地址
169.254.0.0/16： 运营商使用的地址
（3）VLSM
VLSM：可变长的子网掩码，将一个大网段划分成多个子网（小网段）
网络位+子网位+主机位
列： 192.168.1.0/24 划分成四个小网段
192.168.1. 00 00 0000/26
192.168.1. 00 00 0000/26------192.168.1.0/26
IP地址范围：192.168.1. 00 00 0000----192.168.1. 00 111111-----192.168.1.0/26--192.168.1.63/26
可用IP地址范围：192.168.1.1/26----192.168.1.62/26-----主机数量62=2^6-2
192.168.1. 01 00 0000/26----- 192.168.1.64/26
IP地址范围：192.168.1. 01 00 0000----192.168.1. 01 111111-----192.168.1.64/26--192.168.1.127/26
可用IP地址范围：192.168.1.65/26-192.168.1.126/26-----主机数量62
192.168.1. 10 00 0000/26------192.168.1.128/26
IP地址范围：192.168.1. 10 00 0000----192.168.1. 10 111111-----192.168.1.128/26-192.168.1.191/26
可用IP地址范围：192.168.1.129/26-192.168.1.190/26-----主机数量62
192.168.1. 11 00 0000/26-----192.168.1.192/26
IP地址范围：192.168.1. 11 00 0000----192.168.1. 11 111111-----192.168.1.192/26-192.168.1.255/26
可用IP地址范围：192.168.1.193/26-192.168.1.254/26-----主机数量62
(4)CIDR----无类域间路由（网段汇总）
取相同，去不同
192.168.0.0/24----- 192.168.0000 00 00.0
192.168.1.0/24----- 192.168.0000 00 01.0
192.168.2.0/24----- 192.168.0000 00 10.0
192.168.3.0/24----- 192.168.0000 00 11.0
192.168.000000 00.00000000/22
汇总：192.168.0.0/22
列：
练习1：汇总后的网段？
172.16.0.0/24
172.16.10.0/24
172.16.20.0/24
172.16.30.0/24
172.16.40.0/24
172.16.50.0/24
172.16.0000 1010.0
172.16.0001 0100.0
172.16.0001 1110.0
172.16.0010 1010.0
172.16.0011 0010.0
汇总：172.16.0.0/18
练习2：将172.16.0.0/16划分为8个网段
172.16.0.0---172.16.31.255
172.16.32.0---172.16.63.255
172.16.64.0---172.16.95.255
172.16.96.0---172.16.127.255
172.16.128.0---172.16.159.255
172.16.160.0---172.16.191.255
172.16.192.0---172.16.223.255
172.16.224.0---172.16.255.255
